[发明专利]一种基于闪烁体编码的粒子位置探测装置、系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于闪烁体的粒子位置探测装置、系统及方法，属于粒子探测技术领域，解决光电转换器件及电子学通道数量过多问题；装置包括闪烁体模块、光纤、光电转换模块和电子学模块，闪烁体模块包括多个闪烁体，每个闪烁体具有用于标记所布置的区域位置的N位二进制编码；光纤将闪烁体的一个端面与光电转换模块连接；光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，当某个闪烁体产生光信号时光电转换模块输出与闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；电子学模块采集N个通道电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置。本发明减少了光电转换器件和电子学通道数量，大幅压缩实验成本。

本研究得到国家自然科学基金(项目批准号：11605220)资助。

技术领域

本发明涉及粒子探测技术领域，尤其是一种基于闪烁体的粒子位置探测装置、系统及方法。

背景技术

目前，广泛应用于高能粒子探测、核医学、天体物理中的闪烁探测器，探测器模块通常由闪烁体和配套的光电转换器件及电子学通道组成，对于探测面积大、粒子计数率低的场合，需要的闪烁体数量大，与之配套的光电转换器件及电子学通道需求也就越多，而由于粒子计数率低使得在一个探测时间点，只有一个闪烁体和与之配套的光电转换器件及电子学通道工作，造成大量的光电转换器件及电子学通道闲置，浪费了资源，提高了测试系统成本。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于闪烁体的粒子位置探测装置、系统及方法，在探测面积大、粒子计数率低的场合，减少光电转换器件及电子学通道数量，降低了测试系统成本。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种基于闪烁体的粒子位置探测装置，包括闪烁体模块、光纤、第一光电转换模块，第一电子学模块；

所述闪烁体模块包括在探测区域内单层布置的多个闪烁体，用于当有粒子击中时产生光信号；每个闪烁体具有单独的N位二进制编码，用于标记所布置的区域位置；

所述光纤将所述闪烁体的一个端面与所述第一光电转换模块连接，用于将该端面发出的光信号传输到所述第一光电转换模块；

所述第一光电转换模块包括N个对位置进行编号的光电转换器件，用于对所述光信号进行光电转换和信号放大；当某个闪烁体产生光信号时，所述第一光电转换模块输出与所述闪烁体的二进制编码对应的N个通道的电信号；

所述第一电子学模块，用于采集所述电信号，进行电子学测量，识别粒子击中的闪烁体的编码，得到粒子穿过探测区域的位置。

进一步地，所述闪烁体为有机或无机闪烁体，形状为条状或块状，表面抛光，外部包裹反射膜；当有粒子穿过闪烁体时，所述闪烁体产生大量荧光，荧光通过所述闪烁体的端面进入光纤，满足全反射角的荧光以全放射的方式穿过光纤。

进一步地，所述光纤型号与所述荧光的波长范围匹配，每根光纤的长度相等。

进一步地，所述第一电子学模块根据采集到的所述电信号的时间和电荷信息判断各通道中是否包含有效信号；有，则将该通道的输出值设置为1；无，则将该通道的输出值设置为0。

进一步地，根据每个闪烁体二进制编码中的“1”或“0”的数量，确定从所述闪烁体的一个端面引出光纤的数量；根据“1”或“0”的位置，将引出的光纤同对应位置的光电转换器件连接。

进一步地，当根据每个闪烁体二进制编码中的“1”进行闪烁体与光电转换器件连接时，所述闪烁体的数量不多于2^N-(N+1)个，对应的二进制编码中不包括只包含一个“1”的编码和全部为“0”的编码。